DE1289833B

DE1289833B - Method for epitaxially depositing a semiconductor layer

Info

Publication number: DE1289833B
Application number: DES94856A
Authority: DE
Inventors: Dr Heinz; Henker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-12-29
Filing date: 1964-12-29
Publication date: 1969-02-27
Also published as: GB1124329A; FR1469127A; US3461836A; NL6515707A

Description

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Zum Herstellen von Halbleiterbauelementen , mit können alle vorhandenen Scheiben etwa in gleiwerden häufig scheibenförmige Halbleiterkristalle, eher Weise des frischen Reaktionsgases teilhaft werinsbesondere Einkristalle, auf eine hohe, jedoch den, ohne daß sich bestimmte Straßen von Turbulenzunterhalb des Schmelzpunktes des Halbleiters liegende zellen ausbilden können. Die Bewegung der Düse Temperatur aufgeheizt und gleichzeitig von einem 5 kann z. B. längs einer durch Schwingungsüberlage-Reaktionsgas überströmt, welches Material aus der rung entstehenden Bahn, z. B. auf einer sogenannten Gasphase auf diese Scheiben, vorzugsweise in orien- Lissajousfigur, erfolgen. In Betracht der Tatsache, tierter Form, niederschlägt. Dabei wird vorzugsweise daß eine Bruchteile eines μΐη betragende Schicht das Halbleitermaterial der Scheiben mit abweichen- bereits nachgewiesen werden kann und Abscheideder Dotierung epitaktisch niedergeschlagen. io geschwindigkeiten von 20μ/ηιϊη für epitaxiale ZweckeFor the production of semiconductor components, all existing wafers can be approximately in the same way often disk-shaped semiconductor crystals, rather the way of the fresh reaction gas partaking in particular Single crystals, on a high, but without any particular streets of turbulence below can form cells lying at the melting point of the semiconductor. The movement of the nozzle Temperature heated and at the same time from a 5 can z. B. along a vibration superposition reaction gas flows over what material from the tion resulting web, z. B. on a so-called Gas phase on these panes, preferably in an orien-Lissajous figure. Considering the fact tated form, is reflected. It is preferred that a fraction of a μΐη layer the semiconductor material of the wafers with differ - can already be detected and separators Doping deposited epitaxially. io speeds of 20μ / ηιϊη for epitaxial purposes

Mit einem solchen Verfahren befaßt sich die fran- . durchaus noch in Betracht kommen können, kommt zösische Patentschrift 1372 290. Die dort beschrie- es hiitunter dazu, daß beträchtliche Düsengeschwinbene Anordnung sieht ein Reaktionsgefäß vor, das digkeiten erforderlich sind, um die gewünschte als Durchströmungsgefäß für das Reaktionsgas aus- Gleichmäßigkeit der auf allen Scheiben erhaltenen gebildet ist und bei dem die epitaktisch zu beschich- 15 Halbleiterschichten zu gewährleisten. Gegebenenfalls tenden Scheiben auf einem um eine vertikale Achse ist dann eine »vibrierende« Düse zweckmäßig,
drehbaren Tisch liegen. Die Drehachse dieses Tisches Vorteilhaft ist die zusätzliche Anwendung bewegterThe fran- is concerned with such a procedure. Zösische Patent Specification 1372 290 can still come into consideration. The arrangement described there, in addition to the fact that considerable nozzle speeds, provides a reaction vessel that is necessary to achieve the desired flow through vessel for the reaction gas is formed and in which the epitaxially to be coated 15 semiconductor layers to ensure. If necessary, disks on a vertical axis, a "vibrating" nozzle is then appropriate,
rotating table. The axis of rotation of this table is advantageous because it can also be used more moving

liegt in der Strömungsrichtung des in das Reaktions- Rührflügel im Wege des frischen Reaktionsgases, gefäß eingeführten Reaktionsgases, so daß bei einer Mehrere feststehende oder bewegte Düsen, die in Drehung des Tisches um seine Drehachse während 20 jedem zur Abscheidung einer epitaktischen Schicht des Abscheideprozesses eine gleichmäßigere Zufuhr mit merklicher Dicke erforderlichen Zeitintervall zu allen vorgegebenen Scheiben gewährleistet ist. während des Abscheidungsprozesses gemittelt gleichlies in the direction of flow of the in the reaction impeller in the way of the fresh reaction gas, Vessel introduced reaction gas, so that with a plurality of fixed or moving nozzles, which in Rotation of the table about its axis of rotation during 20 each to deposit an epitaxial layer of the deposition process a more uniform supply with a noticeable thickness required time interval is guaranteed for all specified targets. averaged equal during the deposition process

Die erforderliche Beheizung der Scheiben erfolgt oft oder in definierten anderen Zeitabständen mit auf induktivem Wege, indem der aus leitendem Mate- Frischgas beaufschlagt werden und in der Zwischenrial bestehende Tisch im Wechselfeld einer Induk- 25 zeit mehr oder weniger inaktiv sind, können ebenfalls tionsspule angeordnet ist. die Entstehung eingefahrener Straßen für die Turbu-The required heating of the panes takes place often or at other defined time intervals inductively, in that the fresh gas made of conductive material is applied and in the intermediate rial existing table in the alternating field of an induction time are more or less inactive, can also tion coil is arranged. the emergence of well-worn roads for the

Wie gemäß der Erfindung erkannt wurde, ist die lenzzellen unterbinden.As was recognized according to the invention, the bilge cells are prevented.

Anwendung einer Bewegung des notwendig beheizten Eine Variante der zuletzt erwähnten Methode zurApplication of a movement of the necessary heated A variant of the last-mentioned method for

Trägers für die zu beschichtenden Halbleiterscheiben Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Interesse der Qualität der erhaltenen Schichten 30 kann auch bei Verwendung einer einzigen Düse als ungünstig, während eine Bewegung kühlerer Teile, Gaszuführungsorgan durchgeführt werden, indem wie der Zuführung für das frische Reaktionsgas, nicht man den Druck, mit dem das Reaktionsgas aus der schädlich ist. Düse hervorströmt, periodisch oder unregelmäßigCarrier for the semiconductor wafers to be coated Implementation of the method according to the invention in the interests of the quality of the layers obtained 30 can also be used when using a single nozzle as inconvenient, while moving cooler parts, gas supply member can be carried out by like the supply for the fresh reaction gas, one does not have the pressure with which the reaction gas from the is harmful. Nozzle flows out, periodically or irregularly

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum verändert.The invention relates to a method for changing.

epitaktischen Abscheiden einer Halbleiterschicht auf 35 Durch alle diese Methoden wird erreicht, daß sich auf einer Unterlage ruhende erhitzte scheibenförmige ausgeprägte mikroskopische Turbulenzzellen und Halbleiterkörper aus einem zur Abscheidung des -straßen für dieselben überhaupt nicht oder nur Halbleiters auf die erhitzten Halbleiterscheiben be- in stark behindertem Ausmaße ausbilden können, fähigten Reaktionsgas, das den die Halbleiterscheiben so daß der Idealfall einer gleichmäßigen, das heißt enthaltenden Reaktionsraum durchströmt, und ist 40 nur mikroskopische Zellen aufweisenden Turbulenz dadurch gekennzeichnet, daß die Gaszuleitung so mit gutem Erfolg approximiert wird. Das gleiche über die durch die Gesamtheit der im Reaktionsraum gilt für die im folgenden beschriebene, an Hand der vorgesehenen Halbleiterscheiben gegebene Abschei- Fig. 1 und 2 erläuterte Methode zur Durchführung dungsfläche bewegt wird, daß das aus einer Düse des erfindungsgemäßen Verfahrens,
austretende frische Reaktionsgas abwechselnd auf 45 Ein horizontales rohrförmiges Reaktionsgefäß 1 unterschiedliche Stellen der Abscheidungsfläche auf- aus Quarz enthält eine gestreckte, beheizbare Untertrifft, dabei aber die Auftreffstelle während der Ab- lage 2 für die zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3. scheidung einer Schicht von merklicher Stärke ständig Die zur Beheizung der Unterlage 2 dienenden eleküber die gesamte Abscheidungsfläche geführt wird. trischen Anschlüsse oder sonstigen, z. B. durch In-Neben der Vermeidung einer Verunreinigung des 50 duktion oder Strahlung wirksamen Mittel sind in den Reaktionsgases, wie sie durch Wanddurchführungen Zeichnungen, da sie nicht unmittelbar mit der Erden rotierenden Tisch nach der französischen Patent- findung zusammenhängen, weggelassen. Oberhalb des schrift 1372 290 bedingt sind, erscheint auf die er- Trägers 2 für die zu beschichtenden Scheiben 3 erfindungsgemäß vorgeschlagene Weise nicht nur ein streckt sich in der Längsausdehnung des Trägers 2 Ausgleich von Unregelmäßigkeiten der Reaktionsgas- 55 ein Gaszuführungsrohr 4 mit längs einer Mantellinie zufuhr in azimutaler, sondern auch in radialer Hin- in äquidistanter Weise angebrachten Austrittsdüsen 5. sieht gegeben, weil eine Bewegung des Gaszuführungs- Unterhalb des Trägers 2 befindet sich ein ähnliches, organes keinesfalls azimutal verlaufen muß, während etwas größeres Rohr 6 mit größeren Öffnungen 7 die gleiche Bewegungsfreiheit für den die Halbleiter- zum Abführen des verbrauchten Reaktionsgases, scheiben tragenden Tisch schon im Interesse der 60 Wird nun das obere Rohr 4 (gegebenenfalls auch das Gleichmäßigkeit ausgeschlossen ist. untere Rohr 6) um seine Längsachse derart hin- undepitaxial deposition of a semiconductor layer on 35 All of these methods ensure that heated, disc-shaped, pronounced microscopic turbulence cells and semiconductor bodies resting on a base, consisting of a semiconductor for the deposition of the streets for the same, do not or only semiconductor on the heated semiconductor wafers to a very limited extent can form, capable reaction gas that flows through the semiconductor wafers so that the ideal case of a uniform, i.e. containing reaction space, and turbulence with only microscopic cells is characterized in that the gas feed line is approximated with good success. The same applies to the totality of the reaction space for the deposition area described below, given on the basis of the semiconductor wafers provided.
emerging fresh reaction gas alternately on 45 A horizontal tubular reaction vessel 1 at different points on the deposition surface - made of quartz contains a stretched, heatable underside, but the point of impact during the deposit 2 for the semiconductor wafers to be coated 3 The electricity used to heat the substrate 2 is passed over the entire deposition surface. tric connections or other, z. B. by In addition to avoiding contamination of the 50 duction or radiation effective agents are in the reaction gas, as shown by wall bushings drawings, since they are not directly related to the earth rotating table according to the French patent invention, omitted. Above the writing 1372 290 are conditional, there appears in the manner proposed according to the invention, carrier 2 for the panes 3 to be coated not only a stretches in the longitudinal extent of the carrier 2 compensation of irregularities of the reaction gas 55 a gas supply pipe 4 with a surface line supply in azimuthal, but also in radial outward in equidistant manner attached outlet nozzles 5. looks given because a movement of the gas supply equal freedom of movement for the table carrying the semiconductor discs to discharge the consumed reaction gas, already in the interest of

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird z. B. hergedreht, daß die aus den Düsen 5 austretenden eine der Trägerzufuhr dienende Düse innerhalb des Gasstrahlen über die gesamten Scheiben 3 hinwegdurch die Eintrittsstelle der Düse in das Reaktions- streichen, so erhält man eine gleichmäßigere Vergefäß und durch die Peripherie der von den zu 65 teilung der frischen Reaktionsgase über alle zu bebeschichtenden Scheiben belegten, z. B. ebenen Fläche schichtenden Scheiben, sofern auch die Länge des gegebenen Raumwinkels auf z. B. regellose oder mit den Düsen 5 besetzten Teiles des Rohres 4 mit halbregelmäßige Weise hin- und hergeschwenkt. Da- der Länge des mit den Scheiben 3 belegten Teils desIn the method according to the invention, for. B. turned so that the emerging from the nozzles 5 a nozzle serving for the carrier supply passes through the entire panes 3 within the gas jet paint the entry point of the nozzle into the reaction, the result is a more uniform vessel and through the periphery of the division of the fresh reaction gases over all to be coated Disks occupied, z. B. flat surface layering discs, provided that the length of the given solid angle on z. B. random or occupied with the nozzle 5 part of the tube 4 with panned back and forth in a semi-regular manner. Since the length of the covered with the disks 3 part of the

Trägers 2 entspricht. Gegegebenfalls läßt sich im Interesse einer weiteren Vergleichmäßigung ein mit mehreren Düsenreihen versehenes Zuführungsrohr anwenden. Zusätzlich kann man auch noch den Druck, mit dem das frische Reaktionsgas in den Reaktionsraum einströmt, variieren, um — zeitlich gemittelt — eine Vergleichmäßigung der Strömung des Frischgases über die zu beschichtenden Halbleiterscheiben 3 zu erhalten.Carrier 2 corresponds. If necessary, in the interest of a further equalization, one can also include use a supply pipe with several rows of nozzles. In addition, you can also use the The pressure at which the fresh reaction gas flows into the reaction chamber varies, in terms of time averaged - an equalization of the flow of the fresh gas over the semiconductor wafers to be coated 3 to get.

Der Vorteil einer solchen Konstruktion ist unter anderem darin zu sehen, daß man nur das relativ leichte Zuflußrohr 4 zu drehen oder zu schwenken braucht und daß man deshalb besonders günstig die gewünschte Vergleichmäßigung erreichen kann.The advantage of such a construction is to be seen, among other things, in the fact that one can only do this relatively easy to rotate or swivel inlet pipe 4 and that you therefore particularly cheap the can achieve the desired equalization.

1515th

Claims

Patent claims:

1. A method for epitaxially depositing a semiconductor layer on a substrate resting heated disk-shaped semiconductor body made of a for the deposition of the semiconductor the heated semiconductor wafers enable reaction gas that contains the semiconductor wafers Flows through reaction chamber, characterized in that the gas supply line so over that given by the entirety of the semiconductor wafers provided in the reaction space Deposition surface is moved that the fresh reaction gas emerging from a nozzle alternately impinges on different points of the deposition surface, but the point of impact during the deposition of a layer of appreciable thickness continuously over the entire deposition area to be led.

2. The method according to claim 1, characterized in that the relative movement of a Corresponds to Lissajous figure.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the gas flow is moving through Agitator or the like. Is influenced during the deposition process.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that more than Gas supply organ serving nozzles with variable gas pressure in different ways

- In particular out of phase with one another

- operate.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that when used a single nozzle as the gas supply element, this with periodically or irregularly increasing or lowering, in particular regularly pulsating gas pressure is operated.

6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that one is used as a gas supply member serving, extending parallel to the deposition surfaces of the semiconductor bodies to be coated, which are arranged in one plane Tube with at least one row extending parallel to the tube axis in particular equidistant nozzle openings is pivoted or rotated about its axis in such a way that the gas jets emerging from the nozzle openings over the semiconductor body to be coated hike.

1 sheet of drawings